Ионизационная камера

ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА, детектор частиц, действие которого основано на способности быстрых заряженных частиц вызывать ионизацию газа; служит для определения энергии частиц и их идентификации. Ионизационная камера применялась ещё в первых опытах Э. Резерфорда по изучению радиоактивности. Широко используется в дозиметрии, для контроля за работой ускорителей и ядерных реакторов, в экспериментальной ядерной физике, в исследованиях космических лучей и др.

Ионизационная камера представляет собой замкнутый сосуд, заполненный газом (иногда сжиженным), где размещены электроды, к которым через сопротивление нагрузки RH прикладывается разность потенциалов U. Заряженные частицы при прохождении в газе теряют свою энергию на ионизацию вещества; образовавшиеся электроны и положительные ионы движутся соответственно к положительным и отрицательным электродам камеры. При этом в цепи возникает электрический ток, состоящий из электронной и ионной компонент. Подвижность ионов определяется их массой, составом газа и его давлением и оказывается примерно в 1000 раз меньше подвижности электронов. Подбором сопротивления RH и входной ёмкости можно добиться того, чтобы импульсы напряжения ионизационной камеры соответствовали сбору только электронов, гораздо более подвижных, чем ионы. Время собирания электронов обычно составляет не более 1 мкс. Величина разности потенциалов U устанавливается таким образом, чтобы свести к минимуму потери, происходящие в результате рекомбинации ионов, и исключить ударную ионизацию и автоэлектронную эмиссию.

В спектрометрических исследованиях часто применяется ионизационная камера с сеткой Фриша - третьим электродом с высокой проницаемостью, устанавливаемым между катодом и анодом. В такой камере амплитуда выходного сигнала не зависит от угла вылета частицы, если ионизация создаётся только между сеткой и отрицательным электродом. Это обусловлено тем, что все образовавшиеся в камере электроны проходят одинаковое расстояние в поле между сеткой и положительным электродом. В данном случае возникает некоторая временная задержка между моментом ионизации и импульсом тока, равная времени пролёта электронов от места их образования до сетки. Разделение электронов и ионов при помощи поля сетки обеспечивает не только быстрое собирание носителей заряда, но и уменьшает зависимость амплитуды выходного импульса от направления движения частицы. Энергетическое разрешение ионизационной камеры с сеткой может составлять 0,5% для α-частиц с энергией 5 МэВ. Если электрическое поле параллельно траектории детектируемых частиц, то форма сигнала с анода ионизационной камеры может нести информацию об удельных ионизационных потерях вдоль траектории (кривая Брэгга). Такие камеры (так называемые брэгговские ионизационные камеры) нашли широкое применение в физике низких и промежуточных энергий как части многодетекторных установок. Ионизационная  камера, наполненная водородом под давлением около 10⁵ Па, может эффективно использоваться в физике промежуточных и высоких энергий.

Лит.: Ляпидевский В. К. Методы детектирования излучений. М., 1987; Experimental apparatus for the study of small angle neutron-proton elastic scattering at intermediate energies // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 1988. Vol. А270. Р. 419-430; The 4pi-fragment-spectrometer FOBOS // Ibid. 1998. Vol. А403. Р. 65-97.